python 函数缓存 (Function caching)

函数缓存允许我们将一个函数对于给定参数的返回值缓存起来。
当一个I/O密集的函数被频繁使用相同的参数调用的时候，函数缓存可以节约时间。
在Python 3.2版本以前我们只有写一个自定义的实现。在Python 3.2以后版本，有个lru_cache的装饰器，允许我们将一个函数的返回值快速地缓存或取消缓存。

Python 3.2及以后版本

我们来实现一个斐波那契计算器，并使用lru_cache。

from functools import lru_cache

@lru_cache(maxsize=32)
def fib(n):
    if n < 2:
        return n
    return fib(n-1) + fib(n-2)

>>> print([fib(n) for n in range(10)])
# Output: [0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34]

 

那个maxsize参数是告诉lru_cache，最多缓存最近多少个返回值。

我们也可以轻松地对返回值清空缓存，通过这样：

fib.cache_clear()

下面我们通过一个简单的示例来看 Python 中的 lru_cache 是如何使用实现的。

def factorial(n):
    print(f"计算 {n} 的阶乘")
    return 1 if n <= 1 else n * factorial(n - 1)

a = factorial(5)
print(f'5! = {a}')
b = factorial(3)
print(f'3! = {b}')

 

上面的代码中定义了函数 factorial，通过递归的方式计算 n 的阶乘，并且在函数调用的时候打印出 n 的值。然后分别计算 5 和 3 的阶乘，并打印结果。运行上面的代码，输出如下

计算 5 的阶乘
计算 4 的阶乘
计算 3 的阶乘
计算 2 的阶乘
计算 1 的阶乘
5! = 120
计算 3 的阶乘
计算 2 的阶乘
计算 1 的阶乘
3! = 6

可以看到，factorial(3) 的结果在计算 factorial(5) 的时候已经被计算过了，但是后面又被重复计算了。为了避免这种重复计算，我们可以在定义函数 factorial 的时候加上 lru_cache 装饰器，如下所示

import functools
# 注意 lru_cache 后的一对括号，证明这是带参数的装饰器
@functools.lru_cache()
def factorial(n):
    print(f"计算 {n} 的阶乘")
    return 1 if n <= 1 else n * factorial(n - 1)

 

重新运行代码，输入如下

计算 5 的阶乘
计算 4 的阶乘
计算 3 的阶乘
计算 2 的阶乘
计算 1 的阶乘
5! = 120
3! = 6

可以看到，这次在调用 factorial(3) 的时候没有打印相应的输出，也就是说 factorial(3) 是直接从缓存读取的结果，证明缓存生效了。